概括地說，本公開內容涉及旋轉閥，并且更具體而言，涉及用于獨立地控制旋轉閥中的落座力(seatingforce)的方法和裝置。

背景技術：

實現閥控制器和雙作用致動器的傳統的控制閥應用提供了最大致動器力或負載，其相對于操作地耦接到致動器的閥的打開和關閉是大致一致的。在相對于關閉閥所需的落座扭矩、力或負載需要更大的啟動扭矩(breakouttorque)、力或負載以打開閥的閥應用中，通過雙作用致動器施加一致的開啟力和關閉力可能在閥中產生過多的落座力。過多的落座力可能導致閥部件的過早磨損和/或損壞，這可能不利地影響閥在關閉時保持有效密封的能力。

技術實現要素：

描述了獨立地控制旋轉閥中的落座扭矩、力或負載的示例性方法和裝置。示例性裝置包括具有流動控制構件的旋轉閥。所述示例裝置進一步包括操作地耦接到所述旋轉閥的雙作用致動器。所述雙作用致動器具有第一端口和第二端口，以接收加壓控制流體，從而改變所述雙作用致動器的位置。所述示例性裝置進一步包括閥控制器，所述閥控制器操作地耦接到所述雙作用致動器，以響應于所述旋轉閥的位置來控制所述加壓控制流體。所述示例性裝置進一步包括壓力限制器，所述壓力限制器操作地耦接到所述閥控制器并流體地耦接到所述致動器的所述第一端口。所述壓力限制器將減小提供給所述致動器的所述第一端口的所述加壓流體的壓力，以在所述旋轉閥處于關閉位置時減小所述流動控制構件的落座力。

附圖說明

圖1例示了已知的控制閥裝置。

圖2是圖1的控制閥裝置的框圖。

圖3是用于獨立地控制旋轉閥中的落座力的示例性裝置的框圖。

圖4是例示圖3的示例性壓力限制器的替換配置的框圖。

具體實施方式

在上述附圖中示出了某些示例并在下文中中詳細地描述這些示例。在描述這些示例時，使用相似或相同的附圖標記來標識相同或相似的元件。附圖不一定按比例繪制，并且為了清楚和/或簡明，可以按比例放大或示意性地示出附圖的某些特征和某些視圖。

本文所描述的示例方法和裝置提供了施加給旋轉閥的落座力的獨立控制。實施閥控制器和雙作用致動器的傳統控制閥應用提供了最大致動器力，其相對于操作地耦接到致動器的閥的打開和關閉是基本上一致的。與這些傳統的控制閥應用不同，本文所描述的示例性方法和裝置提供了被獨立地控制的落座力，以使得被施加以關閉閥的落座力可以小于被施加以打開閥的啟動力(breakoutforce)。

本文所述的示例性方法和裝置在諸如扭矩落座式旋轉閥之類的閥應用中是特別有利的，其中打開閥所需的啟動扭矩、啟動力或啟動負載可以基本上大于關閉閥所需的落座扭矩、落座力或落座負載。通過使得落座力能夠被獨立地控制，以使得所施加的落座力小于所施加的啟動力，本文描述的示例性方法和裝置減小和/或防止在閥中施加過多的落座力，從而減小和/或防止閥部件的過早磨損和/或損壞的情況。結果，增加了閥在關閉時可以保持有效密封的壽命。

在一些公開的示例中，裝置包括具有流動控制構件的旋轉閥。在一些公開的示例中，旋轉閥是扭矩落座式旋轉閥。在一些公開的示例中，裝置進一步包括操作地耦接到旋轉閥的雙作用致動器。在這種公開示例中，雙作用致動器具有第一端口和第二端口，以接收加壓控制流體，從而改變雙作用致動器的位置。在一些公開的示例中，雙作用致動器是氣動活塞旋轉致動器。在一些公開的示例中，裝置進一步包括操作地耦接到雙作用致動器的閥控制器，以響應于旋轉閥的位置來控制加壓控制流體。在一些公開的示例中，閥控制器是數字閥控制器。在一些公開的示例中，閥控制器包括繼電器，以控制加壓控制流體到雙作用致動器的第一端口和第二端口的分配。

在一些公開的示例中，裝置進一步包括壓力限制器，其操作地耦接閥控制器并流體地耦接到致動器的第一端口。在這種公開的示例中，壓力限制器將減小提供給致動器的第一端口加壓流體的壓力，以在旋轉閥處于關閉位置時減小流動控制構件的落座力。在一些這種公開示例中，提供給致動器的第二端口的加壓流體的壓力提供了流體控制構件的開啟力，該開啟力大于落座力。在一些公開的示例中，壓力限制器集成在閥控制器內。在一些公開的示例中，壓力限制器是可電子配置的。在一些公開的示例中，壓力限制器是壓力調節器。在其它公開的示例中，壓力限制器是壓力釋放閥。

在描述用于獨立地控制施加到旋轉閥的落座力的示例性方法和裝置的細節之前，結合圖1和圖2提供對已知的控制閥裝置100的描述。

圖1例示了已知的控制閥裝置100，其包括旋轉閥102、雙作用致動器104和閥控制器106。圖1的旋轉閥102是扭矩落座旋轉閥。更具體而言，圖1的旋轉閥102是扭矩落座式蝶閥。旋轉閥102可以是例如8532型蝶閥。旋轉閥102包括流動控制構件108、閥體110、定位在閥體110內的閥座(未示出)，和閥桿112。圖1的流動控制構件108是閥盤。流動控制構件108操作地耦接到閥桿112。在對閥桿112施加扭矩、旋轉負載和/或旋轉力時，流動控制構件108相對于閥體110在旋轉閥102(如圖1中所示)的關閉位置(例如，落座位置)與旋轉閥102的打開位置(例如，離座位置)之間進行旋轉。

圖1的雙作用致動器104是氣動活塞旋轉致動器。雙作用致動器104可以是例如1061型氣動活塞旋轉致動器。雙作用致動器104操作地耦接到旋轉閥102，并且更具體而言，耦接到旋轉閥102的閥桿112。雙作用致動器104包括第一端口114和第二端口116以及內部活塞(未示出)。第一端口114和第二端口116分別接收諸如加壓空氣之類的加壓控制流體，其使得活塞沿著雙作用致動器104的縱軸在相應的方向上平移。例如，在第一端口114處對加壓控制流體的接收可以使得活塞沿著雙作用致動器的縱軸在第一方向上平移，而在第二端口116處對加壓控制流體的接收可以使得活塞沿著縱軸在與第一方向相反的第二方向上平移。如上所述，由平移活塞所產生的力和/或負載被轉換為閥桿112上的扭矩、旋轉力和/或旋轉負載，這使得流動控制構件108相對于閥體110旋轉。活塞操作地耦接到閥桿112和/或流動控制構件108產生了活塞的位置與流動控制構件108的位置之間相關聯。因此，可以基于已知的和/或所測量的活塞的位置來確定流動控制構件108的位置，反之亦然。

圖1的閥控制器106是數字閥控制器。閥控制器106可以是例如fieldvuedvc6200系列數字閥控制器。閥控制器106操作地耦接到雙作用致動器104，以控制加壓控制流體到雙作用致動器104的供應。閥控制器106包括入口118，其接收加壓控制流體，例如來自加壓控制流體源的加壓空氣(未示出)。閥控制器106進一步包括第一出口120和第二出口122，分別用于向雙作用致動器104的第一端口114和第二端口116供應加壓控制流體。雖然圖1中未示出，但是在操作已知的控制閥裝置100時，閥控制器106的第一出口120經由第一導管被流體地耦接到雙作用致動器104的第一端口114，而閥控制器106的第二出口122經由第二導管被流體地耦接到雙作用致動器104的第一端口116。圖1的閥控制器106進一步包括壓力計124、126、128，用于顯示與閥控制器106的入口118、第一出口120和第二出口122中對應的一個相關聯的、各自的所測量和/或所感測的壓力。下面結合圖2描述閥控制器106的附加的部件和/或功能。

圖2是圖1的已知的控制閥裝置100的框圖，控制閥裝置100包括旋轉閥102、雙作用致動器104和其閥控制器106。除了上面結合圖1描述的部件之外，已知的控制閥裝置100的雙作用致動器104進一步包括位置指示器202。位置指示器202操作地耦接到雙作用致動器104的活塞，以使得活塞的運動引起位置指示器202的相應的運動。如上所討論的，在活塞的位置與流動控制構件108的位置之間存在相關性。因此，位置指示器202可以提供對活塞的位置的指示和/或對流動控制構件108的位置的指示。

除了以上結合圖1描述的部件之外，已知的控制閥裝置100的閥控制器106進一步包括控制電路204、電流-壓力(i/p)轉換器206和繼電器208。控制電路204包括和/或操作地耦接到處理器210、存儲器212、入口壓力傳感器214、第一出口壓力傳感器216、第二出口壓力傳感器218以及位置傳感器220。入口壓力傳感器214測量和/或確定由控制流體源224供應的、到閥控制器106的入口118的加壓控制流體222的壓力。第一出口壓力傳感器216測量和/或確定由繼電器208供應的、到閥控制器106的第一出口120的加壓控制流體222的壓力。第二出口壓力傳感器218測量和/或確定由繼電器208供應的、到閥控制器106的第二出口122的加壓控制流體222的壓力。雖然在圖2中未示出，但是入口壓力傳感器214、第一出口壓力傳感器216和/或第二出口壓力傳感器218可以被操作地耦接到上面結合圖1描述的壓力計124、126、128中的相應的一個。

位置傳感器220被操作地耦接到雙作用致動器104的位置指示器202。位置傳感器220基于由位置指示器202提供的指示來測量和/或確定旋轉閥102的流動控制構件108的位置和/或雙作用致動器104的活塞的位置。在一些示例中，位置傳感器220與位置指示器202之間的操作的耦接可以采用將位置指示器202連接到位置傳感器220的機械聯動件的形式。在其它的示例中，操作的耦接可以是電子的。在一些這種其它的示例中，操作的耦接可以經由磁鐵陣列和一個或多個霍爾效應傳感器來實施。

從入口壓力傳感器214、第一出口壓力傳感器216、第二出口壓力傳感器218和/或位置傳感器220中的任何一個所獲得的數據和/或信息可以存儲在存儲器212中。處理器210可以從存儲器212中訪問這些數據和/或信息，或者可以可替換地從入口壓力傳感器214、第一出口壓力傳感器216、第二出口壓力傳感器218和/或位置傳感器220中的任何一個直接接收這些數據和/或信息。

控制電路204接收輸入信號226，該輸入信號226對應于旋轉閥102的流動控制構件108的期望位置和/或條件。例如，輸入信號226可以指示流動控制構件108相對于旋轉閥102的閥體110打開百分之零(0％)(即，關閉)。響應于接收輸入信號226，控制電路204經由處理器210確定與入口壓力傳感器214、第一出口壓力傳感器216和第二出口壓力傳感器218相關聯的當前壓力，并進一步基于與位置傳感器220相關聯的當前位置來確定流動控制構件108的當前位置。基于這樣的數據和/或信息，控制電路204經由處理器210產生驅動信號228，以將流動控制構件108放置在由輸入信號226指示的期望的位置，該驅動信號228對應于雙作用致動器104的活塞的位置的變化和/或旋轉閥102的流動控制構件108的位置的變化。驅動信號228是可變電流，其基于從入口壓力傳感器214、第一輸出口壓力傳感器216、第二出口壓力傳感器218和/或位置傳感器220所獲得的連續反饋和/或由入口壓力傳感器214、第一輸出口壓力傳感器216、第二出口壓力傳感器218和/或位置傳感器220所提供的連續反饋而變化。

由控制電路204產生的可變電流驅動信號228被傳輸到i/p轉換器206。i/p轉換器206是在市售的閥控制器中(例如，在fieldvuedvc6200系列數字閥控制器中)實現的常規設計。除了接收驅動信號228之外，i/p轉換器206還接收通過閥控制器106的入口118供應的加壓控制流體222。響應于接收驅動信號228和加壓控制流體222，i/p轉換器206產生與可變電流驅動信號228相對應的可變壓力230。

由i/p轉換器206產生的可變壓力230被傳輸到繼電器208。圖2的繼電器208是在市售的閥控制器中(例如，在fieldvuedvc6200系列數字閥控制器中)實現的常規設計的氣動繼電器。繼電器208和/或更一般地，閥控制器106可以結合設置過程而被校準。例如，在設置過程期間，繼電器208和/或更一般地，閥控制器106可以接收對應于用戶校準輸入的指令和/或信號，該用戶校準輸入識別、限定和/或確定對應一壓力的落座力，繼電器208在該壓力下控制給雙作用致動器104的加壓控制流體222的供應。在這樣的示例中，用戶校準輸入可以涉及用戶在閥控制器106的存儲器212中所存儲的閥類型和/或閥尺寸的一個或多個預配置列表中作出的一個或多個選擇，其中由用戶選擇的閥類型和/或閥尺寸對應于與旋轉閥102相關聯的閥類型和/或閥尺寸。

除了接收可變壓力230之外，繼電器208還接收通過閥控制器106的入口118供應的加壓控制流體222。基于可變壓力230和加壓控制流體222，繼電器208控制加壓控制流體222到閥控制器106的第一出口120和/或閥控制器106的第二出口122的分配。因此，加壓控制流體222由繼電器208分別供應到閥控制器106的第一出口120和第二出口122，并依次供應到雙作用致動器104的第一端口114和/或第二端口116。

由閥控制器106的繼電器208控制的、加壓控制流體222被供應到第一端口114和/或第二端口116的各自的壓力引起雙作用致動器104的活塞的相應的平移運動。通過平移活塞所產生的力和/或負載被轉換為閥桿112上的扭矩、旋轉力和/或旋轉負載，這引起了旋轉閥102的流動控制構件108相對于閥體110旋轉。如上所述，活塞和/或流動控制構件108的相對運動由雙作用致動器104傳遞到閥控制器106的位置傳感器220，從而提供連續的反饋環路，其可以用于更新和/或調節可變電流驅動信號228。

在上面結合圖1和圖2描述的常規控制閥裝置100中，繼電器208被配置為當旋轉閥102的流動控制構件108達到由位置指示器202和位置傳感器220所確定的、完全關閉的約百分之五(5％)以內時，典型地將閥控制器106的第一出口120打開至盡可能最大的程度(即完全打開)。當第一出口120完全打開時，繼電器208基于在控制流體源224處所產生的供應壓力，以最大可用壓力將加壓控制流體222提供給第一出口120。結果，最大落座力和/或負載被施加給完全關閉的流動控制構件108和/或更一般地，給完全關閉的旋轉閥102。類似地，當旋轉閥102的流動控制構件108達到由位置指示器202和位置傳感器220所確定的、完全打開的約百分之五(5％)以內時，繼電器208典型地將閥控制器106的第二出口122打開至盡可能最大的程度(即完全打開)。當第二出口122完全打開時，繼電器208基于在控制流體源224處所產生的供應壓力以最大可用壓力將加壓控制流體222提供給第二出口122。結果，最大的力和/或負載被施加給完全打開的流動控制構件108和/或更一般地，給完全打開旋轉閥102。

上述常規控制閥裝置100提供了最大的力或負載，其相對于旋轉閥102的流動控制構件108的打開和關閉是大致一致的。在打開閥所需的相對于關閉閥所需的落座扭矩、力或負載更大的脫困扭矩、力或負載的閥應用中，施加這種最大扭矩、力或負載的均勻性導致了過多的落座力施加在流動控制構件108上和/或更一般地在旋轉閥102上。常規的控制閥裝置100不提供減小與落座和/或關閉閥102相關聯地施加的最大扭矩、力或負載而無需同時減小與打開旋轉閥102相關聯地施加的最大扭矩、力或負載的能力。與上面結合圖1和圖2所述的已知的控制閥裝置100相比，本文結合圖3-4所描述的每個示例性控制閥裝置提供了獨立地減小與落座和/或關閉旋轉閥102相關聯地施加的最大扭矩、力或負載而無需同時減小與打開旋轉閥102相關聯地施加的最大扭矩，力或負載的能力。

圖3是獨立地控制旋轉閥中的落座力的示例性的控制閥裝置300的框圖。在圖3的例示示例中，示例控制閥裝置300包括上面結合圖1和圖2描述的常規控制閥裝置100的部件，并進一步包括示例性的壓力限制器302。壓力限制器302操作地耦接到閥控制器106并流體地耦接到雙作用致動器104的第一端口114。在圖3的例示示例中，壓力限制器302集成在閥控制器106內。壓力限制器302具有可配置的設定點，其限定加壓控制流體222離開壓力限制器302的最大壓力。在一些示例中，壓力限制器302是具有可配置的設定點的壓力調節器。在其它示例中，壓力限制器302是具有可配置的設定點的壓力釋放閥。

在一些示例中，壓力限制器302的設定點是可以手動配置的。例如，壓力限制器302的設定點可以通過手動旋轉和/或操作螺釘、旋鈕、曲柄、手柄或輪(未示出)來調節和/或配置，其中螺釘、旋鈕、曲柄、手柄或輪的位置對應于設定點的值。在其它示例中，壓力限制器302的設定點是可以電子配置的。例如，可以響應于壓力限制器302接收與用戶輸入相對應的指令和/或信號(未示出)來調節和/或配置壓力限制器302的設定點，該用戶輸入識別、限定和/或確定最大壓力，在該最大壓力下，加壓控制流體222將被提供給雙作用致動器104的、與落座和/或關閉旋轉閥102的流動控制構件108相關聯的第一端口114。在這樣的示例中，可電子配置的壓力限制器302可以包括電流-到-電壓(i/p)轉換器(未示出)，其將接收到的對應于用戶輸入的電子信號與最大壓力相關聯，加壓控制流體222在該最大壓力下被提供給第一端口114。

基于可配置的設定點，壓力限制器302減小、限制和/或限定壓力，加壓控制流體222在該壓力下被提供給雙作用致動器104的第一端口114。例如，在壓力限制器302是壓力調節器的情況下，如果壓力限制器302以30磅/平方英寸的壓力供給加壓控制流體222并且壓力限制器302的設定點被配置為20磅/平方英寸，則壓力限制器302降低加壓控制流體222的出口壓力至20磅/平方英寸。結果，加壓控制流體222被以20磅/平方英寸的壓力提供給雙作用致動器104的第一端口114。作為另一個示例，在壓力限制器302是壓力釋放閥的情況下，如果壓力限制器302檢測到加壓控制流體222正在以30磅/平方英寸的壓力進入壓力限制器302并且壓力限制器302的設定點被配置為20磅/平方英寸，則壓力限制器302將排出加壓控制流體222的一部分以防止加壓控制流體222離開壓力限制器302的壓力超過20磅/平方英寸。結果，加壓控制流體222以20磅/平方英寸的壓力提供給雙作用致動器104的第一端口114。

作為由壓力限制器302提供的壓力的減小、限制和/或限定的結果，在流動控制構件108和/或旋轉閥102處于關閉位置時施加到旋轉閥102的流動控制構件108的落座力相對于以其它方式由圖1和圖2的常規控制閥裝置100施加的落座力被減小。作為由壓力限制器302提供的壓力的減小、限制和/或限定的進一步結果，在流動控制構件108和/或旋轉閥102處于完全打開位置時，加壓控制流體222被提供給雙作用致動器104的第二端口116的壓力對旋轉閥102的流動控制構件108施加了開啟力，該開啟力大于當流動控制構件108和/或旋轉閥102處于完全關閉位置時、施加給旋轉閥102的流動控制構件108的落座力。壓力限制器302的可配置屬性為圖3的示例性控制閥裝置300提供了在流動控制構件108和/或旋轉閥102處于完全關閉位置時獨立地控制和/或調節施加到旋轉閥102的流動控制構件108的落座扭矩、力或負載的能力。

圖4是圖3的示例性壓力限制器302的可替換的配置400的框圖。與示出集成在閥控制器106內的壓力限制器302的圖3的例示示例相比，在圖4中所例示的示例性壓力限制器302位于閥控制器106的外面或外部。如結合圖4所例示的壓力限制器302的結構、功能和操作在其他方面上與上面結合圖3所描述的相同。

雖然本文已經描述了某些示例性的方法和裝置，但是本專利的覆蓋范圍不限于此。相反，本專利覆蓋了字面上或者在等同原則下完全落入所附權利要求的范圍內的所有方法和裝置。